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【6h】

低压饱和蒸汽轮机的结构设计与优化

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目录

摘要

主要符号

1 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 低压饱和蒸汽轮机发电技术

1.2.1 饱和蒸汽轮机的国外应用现状

1.2.2 饱和蒸汽轮机的国内应用现状

1.3 课题主要研究内容

2 湿蒸汽在汽轮机通流部分内膨胀与流动分析

2.1 湿饱和蒸汽所属区域及应用范围

2.2 湿饱和蒸汽与过热蒸汽状态方程

2.2.1 湿饱和蒸汽状态方程

2.2.2 过热蒸汽状态方程

2.3 湿饱和汽轮机内的蒸汽流动特性

2.3.1 湿饱和蒸汽在汽轮机流道内的两相流动

2.3.2 湿蒸汽对汽轮机效率及稳定性的影响

2.4 湿饱和蒸汽轮机特殊结构研究

2.4.1 湿蒸汽对汽机结构的影响

2.4.2 叶片汽蚀的解决方案

2.5 本章小结

3 湿饱和蒸汽轮机设计开发

3.1 蒸汽轮机热力计算基础

3.2 湿饱和蒸汽轮机的特点及主要结构参数优化

3.2.1 湿饱和蒸汽轮机的特点

3.2.2 湿汽轮机主要结构参数优化

3.3 100kW低压饱和汽轮机热力计算内蒸汽热力分析

3.3.1 热力参数初选值

3.3.2 计算双列级速度三角形

3.3.3 计算双列级效率和功率

3.3.4 水蒸气焓熵图及效率计算

3.4 100kW低压饱和蒸汽轮机结构设计

3.4.1 汽轮机主体结构组成

3.4.2 喷嘴设计

3.4.3 动叶设计校核与叶轮的选择

3.4.4 轮盘的选择

3.4.5 汽封

3.4.6 汽缸的设计

3.4.7 转轴的设计与校核

3.5 饱和汽轮机喷嘴的模拟与优化

3.5.1 CFX模拟条件设置

3.5.2 汽轮机喷嘴模型

3.5.3 模拟结果分析

4 汽轮机三维建模与强度分析

4.1 UG软件介绍

4.1.1 UG功能简介

4.1.2 利用UG软件进行应力分析的基本步骤

4.2 喷嘴组应力分析

4.3 上汽缸应力分析

4.4 下汽缸应力分析

4.4.1 蒸汽室应力分析

4.4.2 排汽室应力分析

4.5 动叶片应力分析

4.6 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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摘要

节能减排是实现可持续发展的重要途径。在石油、化工、轻工、冶金、建材、造纸、纺织等工业企业中存在大量的低品位能源—低压饱和蒸汽,这些低品位能源除少量回收利用外,大量排空,造成极大的能源浪费。开发研究低品位能量的回收利用方法具有重要的学术意义和工程应用价值。本文对低品位热能的回收利用方法和关键技术进行了系统的分析,对低压饱和蒸汽特种工业汽轮机进行了设计、开发、优化,从而提高余热回收系统效率。对于工业企业节能降耗具有重要的意义。
  根据中低压湿饱和蒸汽的特点,研究了蒸汽在汽轮机内的膨胀与流动特性,分析了湿蒸汽对汽轮机设计与运行过程中所带来的影响。并且通过对湿蒸汽对汽轮机叶片的破坏机理的探究,提出了在小型湿饱和汽轮机的运行过程中通过对叶片进行激光强化来减小湿蒸汽汽蚀叶片危害的方案。
  针对流量为1t/h,压力为0.8MPa的湿饱和蒸汽设计了一套100kW的小型余热回收汽轮机。机组特点是效率高、结构尺寸小。该特点旨在解决热源分布不均且规模小所导致余热回收效率低、回收困难等问题。运用场所可以是小型工厂或家庭。文章重点对汽轮机内动叶、叶轮、汽缸等重要部件进行结构设计与校核。并重点对喷嘴进行了有限元模拟,得到蒸汽在喷嘴内最佳膨胀段尺寸:当顶锥角取10°,扩张段长度为12mm,喉部长度为2mm时汽轮机的运行效率最高。进而提高饱和蒸汽轮机的工作效率。
  最后借助UG软件对汽轮机内各部件进行三维设计和强度分析。对汽轮机的结构特性进行了验证,从而保证汽轮机在饱和蒸汽下安全稳定运行。为低温余热回收系统效率的提升打下基础。

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